Europäische Ingenieure bereiten sich auf die Reparatur von Satelliten im Weltraum vor. Ihre "Abschleppwagen im Orbit" können wertvolle Hardware Hunderte von Kilometern über unseren Köpfen reparieren, warten und auftanken. Euronews erfährt von Thales Alenia Space und Exotrail mehr über ihre neuesten Innovationen.
Heutzutage haben Satellitenbetreiber nur sehr wenige Möglichkeiten, wenn ihrer Weltraum-Hardware der Treibstoff ausgeht, die Solarpaneele beschädigt sind oder Fehlercodes den Betrieb verhindern.
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Einige Software-Probleme können vom Boden aus behoben werden, und Ingenieure können Umgehungslösungen für bestimmte Hardware-Probleme finden, aber wenn ein Satellit gewartet werden muss, gibt es in der Regel keinen praktischen Weltraum-Reparaturdienst, den man anrufen kann.
Infolgedessen werden viele alte Satelliten entweder auf so genannten Friedhofsumlaufbahnen geparkt oder geraten im schlimmsten Fall ins Trudeln und geraten außer Kontrolle, was eine Gefahr für andere Weltraumgeräte darstellt und die Menge des Weltraummülls erhöht.
Da die Zahl der Raumfahrzeuge rapide ansteigt, arbeiten europäische Ingenieure jetzt an Robotermechanismen, um ältere Satelliten länger in der Luft zu halten oder ausgemusterte Satelliten aus wichtigen Umlaufbahnen zu drängen.
"Das ist wie ein Abschleppwagen auf einer Straße", sagt Stéphanie Behar-Lafenêtre, Projektleiterin bei Thales Alenia Space für die von der Europäischen Union finanzierte Mission European Robotic Orbital Support Services (EROSS).
Ihr Ziel ist es, im Jahr 2028 einen kleinen, in Europa hergestellten Satelliten mit einem Roboterarm in einer Proof-of-Concept-Mission zu starten.
Was wird EROSS erreichen?
Während der Mission wird EROSS ein Rendezvous mit seinem Zielsatelliten haben, eine Inspektion im Vorbeiflug durchführen und dann seine Fähigkeit demonstrieren, den Satelliten einzufangen und aufzutanken. Thales Alenia Space arbeitet auch an universellen Anschlüssen im USB-Stil, die es dem Roboter ermöglichen würden, Komponenten im Weltraum leichter zu montieren.
Anfang der 2030er Jahre sollen die EROSS-ähnlichen Abschleppwagen im Weltraum für zahlende Kunden eingesetzt werden.
"Die Idee ist, dass man einfach eine Dienstleistung in Anspruch nimmt, um sich an einen anderen Ort abschleppen zu lassen, etwas zu reparieren oder aufzutanken. Die Idee ist, Dienstleistungen für Weltraumkomponenten zu erbringen, die normalerweise nicht dafür vorgesehen sind", erklärte sie gegenüber Euronews Next.
Der letzte Punkt ist von entscheidender Bedeutung. Die meisten Satelliten, die sich derzeit in der Erdumlaufbahn befinden, waren nie für eine Wartung vorgesehen. Sie wurden in der Erwartung gebaut, dass sie nach dem Start so lange unabhängig arbeiten würden, bis ihnen der Treibstoff ausgeht oder ein kritischer Fehler auftritt.
Aber heutzutage, mit fast 15.000 einsatzfähigen Satelliten in der Umlaufbahn und mehreren tausend defekten Maschinen, die sich noch im Weltraum befinden, ist es klar, dass die Wartung in der Umlaufbahn reif für die Entwicklung ist, einschließlich technischer Systeme, die in der Lage sind, "unkooperative" Raumfahrzeuge aufzufangen und zu reparieren.
Jean-Luc Maria, CEO und Mitbegründer von ExoTrail, sieht die Entwicklung als natürlichen Übergang von der Zeit, in der Satelliten Werkzeuge zur Erforschung und Entdeckung waren, zur heutigen Zeit, in der Satelliten eine wesentliche Infrastruktur für das Leben auf der Erde darstellen.
"Wenn man eine kritische Masse dieser Infrastruktur erreicht, entstehen neue Bedürfnisse, die das Management dieser Infrastruktur begünstigen", so der französische Ingenieur gegenüber Euronews Next. Es ist ganz einfach: Genauso wie Autobahnen und Telekommunikationstürme Reparaturmannschaften brauchen, gilt dies auch für Satelliten.
Wie packt man einen unkooperativen Satelliten?
Die technischen Herausforderungen bei der Wartung der meisten Satelliten in der Erdumlaufbahn sind immens. Zunächst einmal "müssen wir versuchen, etwas zu identifizieren und zu greifen, das absolut nichts zu greifen hat", so Behar-Lafenêtre. Bei der EROSS-Mission wird das Roboter-Raumfahrzeug auf den Metallring zielen, der den Satelliten ursprünglich mit seiner Rakete für den Start verbunden hat.
Dieser Ring ist zwar weder universell noch standardisiert, aber er ist bei etwa drei Vierteln der Raumfahrzeuge vorhanden und wird immer so konstruiert, dass er stabil ist.
"Wenn man ihn einmal ergriffen hat, kann man ihn abschleppen", so Behar-Lafenêtre.
"Man kann also die Fluglage und die Kontrolle über die Umlaufbahn übernehmen, aber man kann es auch von einem Ort auf der Umlaufbahn zu einem anderen bewegen. Man kann jede Funktion übernehmen, die das Raumfahrzeug nicht selbst ausführen kann", fügte sie hinzu.
Einige Konstellationen sehen künftige Wartungsarbeiten vor, wie etwa die Eutelsat One Web-Satelliten, die mit einer Magnetplatte an der Seite gestartet wurden.
"Das ist ein sehr gutes Beispiel", sagte Maria. "Wir wissen, dass wir potenziell in der Lage wären, eine Gegenplatte zu entwerfen, die am OneWeb-Satelliten angebracht werden könnte, der irgendwann gewartet werden müsste.
ExoTrail ist bereits auf dem Weg, Satellitenunternehmen mit einem Gerät namens "Spacevan" Dienstleistungen für Dritte anzubieten.
Dieses Gerät, das erstmals 2023 mit SpaceX geflogen ist, trägt kleine Satelliten von der Rakete weg und bringt jeden einzelnen in eine ganz bestimmte Umlaufbahn, ähnlich wie ein Zusteller, der Pakete bei Haushalten und Unternehmen abliefert.
Maria nennt dies ihre "frühen Dienste", eine Art Mitfahrgelegenheit im Weltraum für die Zustellung auf der letzten Meile. Jetzt wird auf etwas Ehrgeizigeres hingearbeitet: nämlich vollständige Rendezvous- und Andockfähigkeiten, die Inspektion, Lebensverlängerung, Betankung und schließlich Reparaturen in der Umlaufbahn ermöglichen sollen.
Ein weiteres wichtiges Marktsegment, auf das Exotrail abzielt, ist das Deorbiting, bei dem der Satellit eines Kunden absichtlich auf einen leeren Teil des Ozeans gestoßen wird. Letzten Monat kündigte Exotrail eine Partnerschaft mit dem japanischen Raumfahrtunternehmen Astroscale an, um bis 2030 eine solche präzise Satellitenentsorgung zu demonstrieren.
Wie sieht die Rechtslage aus und gibt es einen Markt?
Während die technischen Herausforderungen immens sind, ist auch die rechtliche Situation unklar. Wer ist verantwortlich, wenn zwei Satelliten bei der Wartung zusammenstoßen? Wenn ein französisches Wartungsfahrzeug an einen japanischen Satelliten andockt, welche Gesetze gelten dann in welchem Land? Dies sind Fragen, an deren Lösung Frankreich, Japan und andere Länder durch Rahmenwerke wie das EU-Weltraumgesetz und bilaterale Abkommen aktiv arbeiten.
Außerdem stellt sich die Frage, wer für die Wartung in der Umlaufbahn bezahlen wird und wie groß der Markt wirklich ist. "Es ist schwierig, den Markt abzuschätzen, denn es ist wie mit dem Huhn und dem Ei", räumt Behar-Lafenêtre ein. "Man muss immer erst beweisen, dass man dazu in der Lage ist, damit jemand daran interessiert ist, die Dienstleistung zu kaufen.
Der klarste frühe Markt scheint weit, weit weg von der Erde zu sein, über 35.000 Kilometer über unseren Köpfen, in der geostationären Umlaufbahn. Dort haben die Telekommunikationsbetreiber veraltete Flotten, die sie lieber warten als ersetzen wollen.
Da neue Megakonstellationen in der niedrigen Erdumlaufbahn alternative Telekommunikationslösungen bieten, ist die geostationäre Umlaufbahn für den Start neuer Raumfahrzeuge weniger attraktiv geworden, so dass Dienste zur Verlängerung der Lebensdauer von besonderem wirtschaftlichem Interesse sind.
Die Wartung in der Erdumlaufbahn hat erhebliche Auswirkungen auf die Verteidigung, was eine starke Marktnachfrage zur Folge haben könnte. Die Möglichkeit, Satelliten in der Umlaufbahn zu inspizieren, sich ihnen anzunähern und sie zu manipulieren, ist für das Militär eine "Killer-App".
"Im Grunde handelt es sich um etwas Zweifaches", räumte Maria ein. Russland, China und Indien haben allesamt fortschrittliche Fähigkeiten in diesem Bereich demonstriert. China hat im Jahr 2022 einen geostationären Satelliten Tausende von Kilometern bewegt, während Indien vor einigen Monaten das Andocken im Weltraum demonstriert hat.
Wir befinden uns auf einer 'langen Reise'
Es ist jedoch nicht alles einfach. Die NASA erlebte das Henne-Ei-Problem bei ihrer OSAM-1-Mission (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing), die sie 2024 abbrach, nachdem die Kosten in die Höhe geschossen waren und der kommerzielle Markt für die Betankung unvorbereiteter Satelliten nicht zustande kam.
In der Zwischenzeit sind die Mission Extension Vehicles von Northrop Grumman seit 2020 im geostationären Orbit im Einsatz und verlängern die Lebensdauer der Intelsat-Satelliten. Das Mission Robotic Vehicle der nächsten Generation des Unternehmens, dessen Start für dieses Jahr geplant ist, wird fortschrittliche Robotertechnik einsetzen, um "Mission Extension Pods" zu installieren und Inspektionen, Reparaturen und sogar die Beseitigung von Trümmern durchzuführen.
Neben Thales Alenia Space und Exotrail entwickeln mehrere europäische Unternehmen Wartungskapazitäten.
ClearSpace, ein Schweizer Startup-Unternehmen, hat einen Vertrag mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) für seine erste aktive Mission zur Beseitigung von Weltraummüll im Jahr 2027. Ihr System nutzt zwei Satelliten, die im Tandem arbeiten, um die weltweit erste kommerzielle aktive Trümmerbeseitigungsmission in der niedrigen Erdumlaufbahn durchzuführen. Später in diesem Jahrzehnt wollen sie auch ihre Technologie zum Andocken an einen Satelliten in der geostationären Umlaufbahn und zur Verlängerung seiner Lebensdauer demonstrieren.
Ein weiterer wichtiger Akteur ist das italienische Unternehmen D-Orbit, das mit seinem ION-Satellitenträger begonnen hat, der vom Konzept her dem "Spacevan" von ExoTrail ähnelt, und nun eine "kreisförmige Weltraumwirtschaft" anstrebt, die Weltraummüll als Ressource nutzt. Im Jahr 2024 unterzeichnete das Unternehmen einen Vertrag mit der ESA für eine Mission namens RISE, die ein sicheres Rendezvous und Andocken an einen geostationären Satelliten demonstrieren soll, um dessen Nutzungsdauer bis 2028 zu verlängern.
Die Zukunft der Wartung in der Erdumlaufbahn dürfte bis 2030 klarer sein. Und innerhalb eines Jahrzehnts könnte eine Technologie, die wie Science-Fiction anmutet, zum festen Bestandteil des europäischen Raumfahrtmanagements werden.
Dennoch besteht Maria auf einem Realitätscheck. "Wir brauchen ein schrittweises Vorgehen", sagte er.
Einen unkooperativen Satelliten aufzufangen, der im Weltraum schnell außer Kontrolle gerät, ist nach wie vor nur in Hollywood-Filmen möglich. "Alles in allem wird es wahrscheinlich ein langer Weg für alle Unternehmen sein", schmunzelt er.
Nichtsdestotrotz ist ein einfaches europäisches Abschleppfahrzeug für den Weltraum auf dem Weg und damit die Möglichkeit, Raumfahrzeuge im Wert von Hunderten von Millionen Euro aufzutanken und zu retten und die Lebensdauer wichtiger Infrastrukturen, die unsere Welt verbinden, zu verlängern.